Торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора турбомашины

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей опор роторов газотурбинных двигателей и энергетических установок. Предложено торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора турбомашины, содержащее невращающееся подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо, прижатое пружинами к вращающейся втулке, на рабочем торце которой выполнены газодинамические камеры, а также вторичное уплотнение, отличающееся тем, что вторичное уплотнение и уплотнительное кольцо изготовлены из одного износостойкого материала с высокой теплопроводностью, а вторичное уплотнение выполнено в виде цельного кольца, которое установлено в расточке корпуса и контактирует торцами с двумя дополнительными кольцами, установленными в той же расточке и выполненными из материала с малой теплопроводностью. Предложен еще один вариант конструкции торцового газодинамического уплотнения опоры ротора турбомашины, отличающийся тем, что вторичное уплотнение и уплотнительное кольцо изготовлены из бронзы БрС30. Тепловыделение в паре трения из-за низкого значения коэффициента трения незначительно, деформации колец исключаются, и изнашивания пары трения не происходит. Это обеспечивает упрощение конструкции уплотнения, исключение разгерметизации вторичного уплотнения как при смене температурного режима, так и при повышенных температурах уплотняемой среды, снижение степени изнашивания вторичного уплотнения, повышение его надежности при работе и, как следствие, повышение эффективности и срока службы заявленного торцового уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей опор роторов газотурбинных двигателей и энергетических установок.

Известно торцовое уплотнение газовой турбины, установленное на валу ротора турбомашины, содержащее уплотнительное кольцо, установленное в корпусе и прижатое пружинами к вращающейся втулке, а также вторичное уплотнение в виде поршневого кольца, которое герметизирует соединение уплотнительного кольца и корпуса при их взаимных перемещениях (Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М: Машиностроение, 1986. - 464 с. Страница 302, рис. 9.12). Данное уплотнение из-за применения поршневого чугунного кольца вместо традиционного вторичного уплотнения из резины можно применять при высоких температурах уплотняемой среды. Поршневое кольцо имеет поперечный разрез, наружный диаметр кольца выполняется больше диаметра корпуса, благодаря чему при установке кольца в результате его деформации на цилиндрической уплотняемой поверхности создается контактное давление (Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986. - 464 с. Страница 175, рис. 4.22).

Недостатком конструкции данного уплотнения является наличие повышенных утечек через вторичное уплотнение из-за наличия разреза поршневого кольца. При повышении температуры уплотняемой среды из-за различия коэффициентов температурного линейного расширения уплотнительного кольца и поршневого кольца контактное давление и величина зазора в поперечном разрезе поршневого кольца изменяются, что снижает эффективность торцового уплотнения.

В качестве наиболее близкого аналога выбрано торцовое газодинамическое уплотнение фирмы John Crane тип 28ST (https://www.johncrane.com/~/media/J/Johncrane_com/Files/Products/Specification%20Sheets/S_28ST.pdf). Уплотнение содержит невращающееся подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо, прижатое пружинами к вращающейся втулке, на рабочем торце которой выполнены газодинамические камеры в виде спиральных канавок, а также вторичное уплотнение из трех сегментных графитовых колец, обжатых браслетными пружинами и расположенных друг относительно друга таким образом, чтобы взаимно перекрыть разрезы графитовых колец. Это позволяет использовать уплотнение при температуре уплотняемой среды до 400°C.

Недостатком конструкции данного уплотнения является наличие разгерметизации во вторичном уплотнении при повышении температуры уплотняемой среды, так как из-за различия коэффициентов температурного линейного расширения материала корпуса и графита нарушится концентричность соприкасаемых поверхностей корпуса и графитовых колец, а также увеличатся зазоры между торцами сегментов графитовых сегментных колец. Также это приведет к повышенному изнашиванию графитовых колец по внутреннему диаметру при частой смене температурного режима, что характерно для авиационных газотурбинных двигателей.

Цель изобретения - повышение эффективности и ресурса торцового уплотнения при повышенной температуре уплотняемой среды.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной конструкции, являются упрощение конструкции, исключение разгерметизации вторичного уплотнения как при смене температурного режима, так и при повышенных температурах уплотняемой среды, снижение степени изнашивания вторичного уплотнения, повышение его надежности при работе и, как следствие, повышение эффективности и срока службы заявленного торцового уплотнения.

Указанные технические эффекты достигаются тем, что предлагается торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора турбомашины, содержащее невращающееся подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо, прижатое пружинами к вращающейся втулке, на рабочем торце которой выполнены газодинамические камеры, а также вторичное уплотнение, отличающееся тем, что вторичное уплотнение и уплотнительное кольцо изготовлены из одного износостойкого материала с высокой теплопроводностью, а вторичное уплотнение выполнено в виде цельного кольца, которое установлено в расточке корпуса и контактирует торцами с двумя дополнительными кольцами, установленными в той же расточке и выполненными из материала с малой теплопроводностью.

Такое конструктивное исполнение торцового газодинамического уплотнения позволяет следующее.

При вращении вала газодинамические канавки обеспечивают бесконтактную работу уплотнения, благодаря чему теплота трения, выделяемая в контакте уплотнительного кольца и вращающейся втулки, существенно снизится. К тому же пара трения охлаждается маслом, омывающим вращающее кольцо с обратной стороны.

Уплотнительное кольцо из-за высокой теплопроводности материала быстро прогревается до определенной температуры, величина которой определяется условиями теплообмена уплотнительного кольца с омывающими его воздушной и масляной полостями. Вторичное уплотнение прогревается до той же температуры, что и уплотнительное кольцо. Кольцо вторичного уплотнения, выполненное из того же материала, установлено с уплотнительным кольцом с минимальным зазором, который допускается исходя из требования герметичности и обеспечивается селективной сборкой. Теплоотвод от него в корпус исключается за счет того, что кольцо вторичного уплотнения контактирует торцами с двумя дополнительными кольцами, установленными в корпусе и выполненными из материала с малой теплопроводностью. Благодаря этому в зоне контакта вторичного уплотнения и уплотнительного кольца не возникает раззазоривания, что привело бы к повышенным утечкам, или возникновение натяга, что привело бы к изнашиванию.

Кроме того, предлагается торцовое уплотнение опоры ротора, отличающееся тем, что вторичное уплотнение и уплотнительное кольцо изготовлены из бронзы БрС30. Так как уплотнительное кольцо выполнено из бронзы БрС30 (см. Справочник конструктора, http://www.sprav-constr.ru/html/tom1/pages/chapter1/ckml8.html), то при запуске и останове турбомашины, когда газодинамические канавки не могут развить достаточную силу и эти процессы проходят в контактном режиме, тепловыделение в паре трения из-за низкого значения коэффициента трения незначительно, деформации колец исключаются, и изнашивания пары трения не происходит.

На фигуре 1 представлен продольный разрез заявленного торцового газодинамического уплотнения опоры ротора. На фигуре 2 представлен вид А на торцовую поверхность вращающейся втулки. Стрелкой показано направление вращения втулки. Детали опоры ротора, не относящиеся к уплотнению и не описанные в описании, показаны тонкой сплошной линией.

Торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора (см. фиг. 1) содержит уплотнительное кольцо 1, прижатое пружинами 2 к вращающейся втулке 3, на рабочем торце которой выполнены газодинамические камеры 4 (см. фиг. 1 и 2). Уплотнительное кольцо 1 (см. фиг. 1) установлено в корпусе 5, фиксируется от проворота за счет наличия на его наружной поверхности выступа 6, входящего в осевую канавку 7, выполненную в корпусе 5, и фиксируется разрезным кольцом 8 от выпадания при монтаже из-за действия пружин 2. Вторичное уплотнение выполнено в виде цельного кольца 9 и установлено в канавке корпуса 5, контактирует торцами с двумя дополнительными кольцами 10 и 11, установленными в той же канавке с промежуточным кольцом 12, обеспечивающим осевой зазор между ними. Весь пакет вторичного уплотнения фиксируется разрезным кольцом 13. С обратной стороны вращающейся втулки 3 выполнен козырек 14 по наружному диаметру, что обеспечивает наличие масляной ванны, в которую подается масло от форсунки. В вращающейся втулке 3 выполнены отверстия 16, соединяющие масляную ванну с наружной полостью 18.

Торцовое уплотнение служит для снижения утечек уплотняемой среды из полости 17 в масляную полость 18.

При работе турбомашины газодинамические камеры 4 обеспечивают бесконтактную работу торцового уплотнения. Форсунки 15 подают масло под козырек 14. Это обеспечивает прокачку масла и охлаждение вращающейся втулки 3 под действием центробежных сил. Кольцо 9 контактирует с кольцом 1 и обеспечивает герметизацию соединения при осевых смещениях уплотнительного кольца 1 относительно корпуса 5. Наличие колец 10 и 11, выполненных из материала с малой теплопроводностью, существенно снижает теплоотвод от кольца 9 в корпус 5. Это обеспечивает одинаковость температур колец 1 и 9 и, в итоге, герметичность и надежность вторичного уплотнения при изменении температуры уплотняемой среды.

1. Торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора турбомашины, содержащее невращающееся подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо, прижатое пружинами к вращающейся втулке, на рабочем торце которой выполнены газодинамические камеры, а также вторичное уплотнение, отличающееся тем, что вторичное уплотнение и уплотнительное кольцо изготовлены из одного износостойкого материала с высокой теплопроводностью, а вторичное уплотнение выполнено в виде цельного кольца, которое установлено в расточке корпуса и контактирует торцами с двумя дополнительными кольцами, установленными в той же расточке и выполненными из материала с малой теплопроводностью.

2. Торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора турбомашины по п. 1, отличающееся тем, что вторичное уплотнение и уплотнительное кольцо изготовлены из бронзы БрС30.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения масляной полости опоры ротора турбомашины. Уплотнение содержит радиально-торцовое контактное уплотнение, состоящее из корпуса, образующего масляную полость опоры ротора, закрепленного на корпусе опоры, вращающуюся втулку, два разрезных уплотнительных кольца, установленных в корпусе встык друг к другу с натягом по цилиндрическим поверхностям колец так, что разрезы уплотнительных колец расположены диаметрально противоположно, и лабиринтное уплотнение, уплотняющее предмасляную полость опоры ротора, образованное лабиринтным кольцом, закрепленным на роторе, и корпусом.

Изобретение относится к устройству (DGSM) для уплотнения (SHS) вала турбомашины (CO), причем устройство (DGSM) для уплотнения вала с одного конца оси имеет сторону (HPS) высокого давления, а с другого конце оси - сторону низкого давления (LPS), содержащему роторную часть (RS), вращающуюся при работе, неподвижную статорную часть (CS), по меньшей мере одно сухое газовое уплотнение (DGS), причем в конце стороны (HPS) высокого давления устройства (DGSM) для уплотнения вала предусмотрено другое дополнительное уплотнение вала для герметизации промежуточного пространства (IR) при последовательной установке относительно сухого газового уплотнения (DGS), содержащее неподвижную и вращающуюся части уплотнения вала, причем расположенная посредине поверхность уплотнения вала, простирающаяся в направлении окружности и в аксиальном направлении, расположена между неподвижной и вращающейся частями уплотнения вала на пятом диаметре (DSS5) коаксиально оси (AX) вращения, причем между неподвижным уплотнительным элементом (SSE) и статорной частью (CS) для герметизации от первого перепада давлений на четвертом диаметре (DSS4) установлено четвертое стационарное уплотнение (SS4).

Изобретение касается вставки (DGSM) уплотнения для уплотнения (SHS) вала турбомашины (CO), которое распространяется в осевом направлении по оси (AX) вращения, включающей в себя роторную часть (RS), которая выполнена таким образом, что она может устанавливаться на валу (SH) распространяющегося по оси (AX) вращения ротора (R), статорную часть (CS), которая выполнена таким образом, что она может вставляться в выемку (CR) статора, включающей в себя по меньшей мере одно сухое газовое уплотнение (DGS), которое имеет установленный на роторной части (RS) вращающийся уплотнительный элемент (RSE) и установленный на статорной части (CS) неподвижный уплотнительный элемент (SSE) для уплотнения промежуточного пространства (IR).

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к уплотнительной технике, и может быть использовано в конструкциях быстроходных компрессоров, газовых и паровых турбин, насосов и других центробежных машин.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве уплотнения вращающихся валов различных механизмов. Торцевое уплотнение вращающегося вала содержит седло с отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал, уплотнительное кольцо, установленное с возможностью его возвратно-поступательного перемещения вдоль вала, эластичное кольцевое уплотнение и средство придания возвратно-поступательного перемещения уплотнительному кольцу вдоль вала.

Группа изобретений относится к уплотнительной технике. Разрезная механическая торцевая уплотнительная сборка содержит разрезную сальниковую плиту в сборе, разрезное стыковочное уплотнительное кольцо в сборе, разрезное главное уплотнительное кольцо в сборе и разрезную поджимающую сборку.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано для насосов, перекачивающих жидкости, в том числе взрывопожарные среды с присутствием абразивных механических примесей.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано на надводных судах и подводных объектах для уплотнения валов движительных установок, а также в машиностроении в качестве уплотнения вращающихся валов насосов, работающих, прежде всего в импульсных режимах с длительной готовностью в режиме ожидания.

Изобретение относится к уплотнительной технике. Устройство (1) для уплотнения насоса электростанции содержит корпус насоса, включающий в себя первый и второй трубопроводы для прохождения текучей среды, вал, включающий в себя, рядом с корпусом насоса, первый канал для текучей среды, механическое уплотнение, вмонтированное между валом и корпусом насоса и содержащее фрикционные элементы для трения друг о друга вращающейся детали и стационарной детали.

Изобретение относится к уплотнительному кольцу для механического уплотнения, содержащему базовое тело (2) с алмазным слоем (3), который нанесен на базовое тело (2) и выполнен в качестве поверхности скольжения, в котором алмазный слой (3) имеет толщину (D), которая меньше или равна 4 мкм, в частности меньше или равна 3 мкм, в частности меньше или равна 2 мкм, особо предпочтительно около 1 мкм, и в котором базовое тело (2) не содержит трещин или содержит только трещины, которые имеют максимальное продольное удлинение (L) на поверхности базового тела (2) или в базовом теле (2), меньшее или равное 5 мкм.

Изобретение относится к двойному уплотнительному устройству для вращающегося вала и насосу, включающему в себя такое устройство. Устройство содержит первое и второе уплотнение, установленные рядом друг с другом в круглом цилиндрическом корпусе, через который проходит вал, подлежащий уплотнению, причем каждое из этих уплотнений состоит, с одной стороны, из опорного кольца из металлического материала с наружным осевым фланцем и внутренним радиальным фланцем, и, с другой стороны, из уплотнительной шайбы, образующей уплотнительный выступ, с возможностью скольжения опирающийся на вал.

Группа изобретений относится к расходным уплотнениям для использования в промышленности, угольной индустрии, обработке минералов и может быть использована в гидроциклонах и насосах для суспензий.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может использоваться для герметизации цилиндра газовых компрессоров. Сальник газовых компрессоров содержит по меньшей мере одну уплотнительную камеру, размещенную в отдельном корпусе и содержащую разрезанное уплотнительное кольцо, сегменты которого стянуты кольцом-пружиной, и разрезанное замыкающее кольцо, сегменты которого также стянуты кольцом-пружиной, при этом уплотнительное и замыкающее кольца в каждой уплотнительной камере зафиксированы между собой штифтом.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может использоваться для герметизации цилиндра компрессоров. Сальник компрессора содержит корпус с по крайней мере одной дренажной уплотнительной камерой, в каждой из которых размещены манжета и подпирающая ее пружина, также у стенки корпуса в каждой дренажной уплотнительной камере размещена кольцевая проставка, на внешней поверхности которой выполнена канавка, сообщающаяся через по крайней мере одно отверстие с внутренней поверхностью проставки.

Винтовой центробежный насос (1) содержит корпус (3) насоса с входным отверстием (3а) насоса и расположенное внутри корпуса (3) насоса с возможностью вращения винтовое центробежное колесо (20) со ступицей (21), а также лопастью (25), и содержит вращаемый приводной вал (33), который соединен с винтовым центробежным колесом (20), и закрывающую пластину (2).

Изобретение относится к уплотнительной технике. Устройство (1) для уплотнения насоса электростанции содержит корпус насоса, включающий в себя первый и второй трубопроводы для прохождения текучей среды, вал, включающий в себя, рядом с корпусом насоса, первый канал для текучей среды, механическое уплотнение, вмонтированное между валом и корпусом насоса и содержащее фрикционные элементы для трения друг о друга вращающейся детали и стационарной детали.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может использоваться для герметизации цилиндра компрессора. Техническим результатом является обеспечение ремонтопригодности уплотнительного устройства.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей газотурбинных двигателей и энергетических установок. Техническим результатом является упрощение конструкции уплотнения и повышение его надежности при работе за счет снижения степени износа графитового кольца.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в компрессорной технике. Двухсекционный центробежный компрессор содержит корпус, размещенные в нем статор первой и второй секции, межсекционную перегородку с лабиринтным уплотнением, ротор с рабочими колесами и думмисом, причем думмис выполнен ступенчатым.

Изобретение относится к насосостроению, а именно к конструкциям химических вертикальных насосов. Насос включает корпус, ротор с валом и рабочим колесом в виде многозаходной крыльчатки открытого типа, а также опорную плиту.

Изобретение относится к скользящему кольцевому уплотнению для устройств, используемых для перекачивания текучих сред, таких как жидкость, газ или их смеси с твердыми частицами, в частности для вентиляторов и насосов, а также для аксиального уплотнения валов других устройств. Скользящее кольцевое уплотнение содержит первую вращающуюся трущуюся поверхность (1), имеющую первый диаметр и приспособленную для вращения вместе с вращающимся перекачивающим средством (18), и вторую вращающуюся трущуюся поверхность (6), имеющую второй диаметр и приспособленную для вращения вместе с вращающимся перекачивающим средством (18). Первая неподвижная трущаяся поверхность (2) расположена около первой вращающейся трущейся поверхности (1) и прикреплена к неподвижной структуре, и вторая неподвижная трущаяся поверхность (7) расположена рядом с второй вращающейся трущейся поверхностью (6) и прикреплена к неподвижной структуре. Диаметр второй неподвижной трущейся поверхности (6) больше диаметра первой вращающейся трущейся поверхности (1), и данные трущиеся поверхности (1, 6) расположены относительно вращающегося вала (19) так, что вторая трущаяся поверхность (6) расположена дальше от центральной оси вращающегося вала (19), чем упомянутая первая поверхность, и упомянутые неподвижные трущиеся поверхности расположены рядом с упомянутыми вращающимися трущимися поверхностями. Изобретение повышает надежность устройства. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх